Спектрально-люминесцентные свойства кристаллов стабилизированного диоксида циркония, активированных ионами презентация

Цель работы
Цель работы: исследование спектрально-люминесцентных и генерационных свойств кристаллов стабилизированного диоксида циркония, активированных ионами Tm3+ (ZrO2-Y2O3-Tm2O3) и Ho3+ (ZrO2-Y2O3-Ho2O3)
для создания на их основе макетов двухмикронных лазеров
Регистрация спектров поглощения кристаллов ZrO2-12мол.%Y2O3-2мол.%Tm2O3
и ZrO2-13,6мол.%Y2O3-0,4мол.%Ho2O3 в спектральном диапазоне 350-2400 нм
Регистрация спектров люминесценции кристаллов ZrO2-12мол.%Y2O3-2мол.%Tm2O3 и ZrO2-13,6мол.%Y2O3-0,4мол.%Ho2O3 в области 1,6-2,4 мкм
Оценка эффективности процесса кросс-релаксации (3H4→3F4, 3H6→ 3F4 между ионами Tm3+) в кристаллах ZrO2-12мол.%Y2O3-2мол.%Tm2O3
Проведение генерационного эксперимента на кристаллах
ZrO2-12мол.%Y2O3-2мол.%Tm2O3 и ZrO2-13,6мол.%Y2O3-0,4мол.%Ho2O3
Задачи:

ZrO2-Y2O3-Tm2O3;
Кристаллы получены в лаборатории «Фианит» ИОФРАН
(Зав. лабораторией д.т.н. Е.Е. Ломонова)
ZrO2-Y2O3-Ho2O3;
Объекты исследований

3
5
7
6
4
1
2
Схемы экспериментальных установок для регистрации спектров поглощения и люминесценции
МДР-23
ПК
Блок
управления
ФП
Синхр.
усилитель
Оптическая схема спектрофотметра Lambda 950

Спектры поглощения кристаллов
ZrO2-12мол.%Y2O3-2мол.%Tm2O3, T=300 K, N=1021 см-3
Спектр поглощения ионов Tm3+ в кристаллах
ZrO2-12мол.%Y2O3-мол.%Tm2O3,
обусловленный переходом с основного состояния 3H6
на возбуждённый мультиплет 3H4.
βTm→Tm>90%
Кинетики затухания люминесценции с уровня 3H4 ионов Tm3+ в кристаллах ZrO2-13,8мол.%Y2O3-0,2мол.%Tm2O3 (1) и ZrO2-12мол.%Y2O3-2мол.%Tm2O3 (2)

Сечение поглощения и люминесценции для перехода 3H6↔3F4 ионов Tm3+ в кристаллах ZrO2-Y2O3-Tm2O3
Сечение усиления для перехода 3F4→3H6 ионов Tm3+ в кристаллах ZrO2-Y2O3-Tm2O3 для значений параметра инверсной населённости P = 0,01; 0,03; 0,05; 0,07; 0,09;0,1
Спектрально-люминесцентные свойства кристаллов ZrO2-Y2O-Tm2O3

Генерационный эксперимент на кристаллах ZrO2-Y2O-Tm2O3
Оптическая схема лазера на кристалле ZrO2-12mol%Y2O3-2mol%Tm2O3
1 – лазерная диодная линейка; 2 – оптическое волокно (d=400 мкм);
3 – объектив; 4 – прерыватель; 5 – заднее сферическое зеркало (r = -600 мм);
6 – активный элемент; 7 – выходное плоское зеркало
Pпор.=5 Вт, λген. = 2046 нм
Оценка термолинзы наводимой в активном элементе
f~13 мм
r

Генерационный эксперимент на кристаллах ZrO2-Y2O-Tm2O3
Осциллограммы импульса генерации относительно импульса возбуждения
Спектр лазера на кристаллах ZrO2-12мол.%Y2O3-2мол.%Tm2O3

Сечение поглощения и люминесценции для перехода 5I8↔5I7 ионов Ho3+ в кристаллах ZrO2-Y2O3-Ho2O3
Сечение усиления для перехода 5I7→5I8 ионов Ho3+ в кристаллах ZrO2-Y2O3-Ho2O3 для значений параметра инверсной населённости P = 0,05; 0,07; 0,1
Спектрально-люминесцентные свойства кристаллов ZrO2-Y2O3-Ho2O3

Спектр генерации лазера накачки YLF:Tm
Спектр поглощения ионов Ho3+ в кристаллах
ZrO2-13,6mol%Y2O3-0,4mol%Ho2O3 (N=2·1020 cm-3) Генерационный эксперимент на кристаллах ZrO2-Y2O-Ho2O3
Макет лазера YLF:Tm
Макет лазера ZrO2-13,6mol%Y2O3-0,4mol%Ho2O3

1 – лазерная диодная линейка с длиной волны излучения 798нм;
2 – фокусирующий объектив; 4 – активный элемент YLF:Tm;
3, 6 – зеркала резонатора лазера YLF:Tm; 5 – поляризационный фильтр Вуда;
7 – прерыватель; 8 – фокусирующая линза с f=50 мм;
9, 11 – зеркала резонатора; 10 – активный элемент ZrO2-13,6mol%Y2O3-0,4mol%Ho2O3.
Генерационный эксперимент на кристаллах ZrO2-Y2O-Ho2O3
Оптическая схема лазера на кристалле ZrO2-13,6mol%Y2O3-0,4mol%Ho2O3

Генерационный эксперимент на кристаллах ZrO2-Y2O-Ho2O3
Осциллограммы импульса генерации относительно импульса люминесценции кристаллов ZrO2-13,6мол.%Y2O3-0,4мол.%Ho2O3
Спектр генерации лазера на кристаллах ZrO2-13,6мол.%Y2O3-0,4мол.%Ho2O3

Заключение
Зарегистрированы спектры поглощения кристаллов ZrO2-12мол.%Y2O3-2мол.%Tm2O3 с основного cостояния 3H6 на возбуждённые мультиплеты: 1G4, 3F2, 3F3, 3H4, 3H5, 3F4 ионов Tm3+
Зарегистрированы спектры поглощения кристаллов ZrO2-13,6мол.%Y2O3-0,4мол.%Ho2O3 с основного cостояния 5I8 на возбуждённые мультиплеты: 5I7, 5S2, 5G6, 5F1, 5F4, 5F5, 5I6 ионов Ho3+
По формуле Фухтбауэра-Ладенбурга была рассчитана спектральная зависимость сечения люминесценции σe(λ) для перехода 3F4→3H6 ионов Tm3+ и перехода 5I7→5I8 ионов Ho3+ в кристаллах стабилизированного диоксида циркония
Получена спектральная зависимость сечения усиления σg(λ) при различных параметрах относительной инверсной населённости (P=0.01; 0.03; 0.05; 0.07; 0.1)
В работе впервые получена генерация лазерного излучения на длине волны λген.=2046 нм в условиях полупроводниковой лазерной накачки на кристаллах ZrO2-12мол.%Y2O3-2мол.%Tm2O3
Впервые создан макет лазера на кристаллах ZrO2-13,6мол.%Y2O3-0,4мол.%Ho2O3 с длиной волны излучения 2166 нм, при накачке на уровень 5I7 ионов Ho3+ лазером на кристаллах YLF:Tm.

Спасибо за внимание

Блок-схема установки для регистрации
кинетик затухания люминесценции
1 - импульсный твердотельный лазер на основе YAG:Nd LQ 829, вторая гармоника которого использовалась для накачки перестраиваемого импульсного твердотельного лазера на основе Al2O3:Ti LX 329 (2),
3 - лазерный диод с λизл≈800 нм, 4 - поворотное зеркало, 5 - образец,
6 - монохроматор МДР-23, 7 - фотоприёмник, 8 - цифровой осциллограф,
9 - компьютер.
Длительность импульса лазера на основе Al2O3:Ti LX 329 составила 20 нс, полупроводникового лазерного диода ~1мкс

Кинетика затухания люминесценции
с уровня 3F4 в кристаллах
ZrO2-12мол%Y2O3-2мол%Tm2O3
(λвозб = 775 нм, λрег = 1900 нм).